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原文传递分布式驱动电动汽车转矩矢量分配控制方法

专利名称：	分布式驱动电动汽车转矩矢量分配控制方法
摘要：	本发明公开了分布式驱动电动汽车转矩矢量分配控制方法，通过在车辆动力学模型下车辆行驶状态的稳定性与期望横摆角速度的关系，计算出广义附加横摆力矩下的车辆应该具有的理想运动状态，通过期望横摆角速度判断分析系统的操纵稳定性来决策是否需要进行横摆力矩控制；将轮胎纵向滑移率设置为稳定状态下的特定值，在符合路面附着系数条件下进行驱动转矩的精确分配，通过合理分配前后轴驱动或制动转矩。本发明可以显著提高期望横摆角速度响应速度，使得车辆在过弯时具有理想的运动状态，并且有效地抑制了加速不足时车辆转向困难的问题，提高了过弯的效率，改善了车辆行驶稳定性和平顺性，显著地减小了驾驶员操纵负担，提高了行车安全。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	浙江科技学院
发明人：	李强;张新闻
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-16T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-14T00:00:00+0800
申请号：	CN201910039678.3
公开号：	CN109747434A
代理机构：	杭州万合知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	丁海华
分类号：	B60L15/20(2006.01);B;B60;B60L;B60L15
申请人地址：	310023 浙江省杭州市西湖区留和路318号
主权项：	1.分布式驱动电动汽车转矩矢量分配控制方法，其特征在于：按下述步骤进行： a、建立车辆动力学模型，用于表示车辆行驶状态的稳定性与期望横摆角速度的关系，并利用Dugoff轮胎模型计算轮胎纵向滑移率； b、利用车辆动力学模型设计横摆力矩控制器，将期望横摆角速度输入横摆力矩控制器中计算附加横摆力矩；所述广义附加横摆力矩为当前左右侧驱动轮电机可产生驱动转矩的最大值和附加横摆力矩之间的最小值，具体为Mz_sat＝min(Mz,Mmax)，式(1) 式中：Mz_sat为广义附加横摆力矩；Mz附加横摆力矩；Mmax为驱动轮电机可产生驱动转矩的最大值； c、根据驾驶员输入的加速踏板开度和转向盘转角，得到车辆行驶所需求的电机驱动力矩，并依据广义附加横摆力矩，计算左右驱动轮的转矩：TL＝Mθ/2-Mz_sat·rw/d/2,式(2) TR＝Mθ/2+Mz_sat·rw/d/2，式(3) 式中：TL为左驱动轮转矩；TR为右驱动轮转矩；Mθ为满足加速意图所需的驱动转矩，d为后轮轮距，rw为车轮滚动半径； d、将轮胎纵向滑移率设为特定值，应用滑模控制输出各个驱动轮的在此轮胎纵向滑移率下的驱动转矩Td； e、利用驱动转矩分配算法进行转矩矢量分配，所述驱动转矩矢量分配算法具体为：输入广义附加横摆力矩，根据左右驱动轮的转矩分别求出TL和TR，同时判断两侧驱动轮的转矩的大小，若两者都小于设为定值的纵向滑移率下的驱动力矩Td，L和Td，R，则左驱动轮转矩输出值为TL，左驱动轮转矩输出值为TR；但如果有一侧或两侧分别大于Td，L或Td，R，则比较TL和TR，若TR大则右驱动轮转矩输出值为TR和Td，R之间的最小值，左驱动轮转矩输出值为TL和TR与Td，R差值之间的差值的绝对值，若TR小则左驱动轮转矩输出值为TL和Td，L之间的最小值，右驱动轮转矩输出值为TR和TL与Td，L差值之间的差值的绝对值。 2.根据权利要求1所述的分布式驱动电动汽车转矩矢量分配控制方法，其特征在于：所述步骤a中建立的车辆动力学模型包括二自由度车轮转向模型；所述二自由度车轮转向模型包括侧向运动和横摆运动的二个自由度；所述二自由度车轮转向模型的前轮转角和横摆力矩的状态方程为其中b12＝0，式中：Iz为绕z轴的转动惯量；ωr为期望横摆角速度；β为质心侧偏角；δ为等效前轮转角；kf和kr为前后轮胎总侧偏刚度；la和lb为质心到前后轴距离；u为质心速度在x轴的分量；通过拉氏变换，推导出期望横摆角速度ωr与等效前轮转角δ以及附加横摆力矩Mz相耦合；所述期望横摆角速度ωr由前轮转向和附加横摆力矩产生，其传递函数为：式中：为横摆角速度稳态响应增益；为横摆力矩稳态响应增益；δ为前轮转角，Mz为附加横摆力矩；其中横摆角速度稳态响应增益和期望横摆力矩稳态响应增益分别为： 3.根据权利要求2所述的分布式驱动电动汽车转矩矢量分配控制方法，其特征在于：所述步骤a中建立的车辆动力学模型还包括七自由度车轮转向模型；所述七自由度车轮转向模型包括纵向运动、侧向运动和垂向横摆以及四个车轮旋转的七个自由度，其动力学方程为：式中：为质心速度在y轴的分量；∑Fx为车辆受到纵向力的总和；∑Fy为车辆受到侧向力的总和；∑Mz为车辆受到绕z轴横摆力矩的总和；以驱动轮受力分析，其驱动轮的运动平衡方程为：式中：Fx为车轮纵向力；为车轮旋转角速度；Fz为车轮受到地面垂直载荷；Td为驱动转矩；Iw为车轮转动惯量；rw为车轮滚动半径；fw为滚动阻力系数。 4.根据权利要求3所述的分布式驱动电动汽车转矩矢量分配控制方法，其特征在于：所述步骤a中Dugoff轮胎模型计算轮胎纵向滑移率的方法为：所述总滑移率λres和车轮纵向力和侧向力的合力Fres分别为：式中：α为侧偏角，λx为轮胎纵向滑移率，Fz为轮胎垂直载荷，为路面附着系数，其中轮胎受到的纵向力和侧向力的矢量合力不能超过路面附着系数与轮胎垂直载荷之积；所述车轮纵向力为式中：bx和cx为车轮纵向力参数；由式(14)联立式(12)和式(13)，反向求解出车轮纵向滑移率λres和侧偏角α： 5.根据权利要求3所述的分布式驱动电动汽车转矩矢量分配控制方法，其特征在于：所述横摆力矩控制器包括前馈控制器和反馈控制器：所述前馈控制器用于实时控制汽车的行驶状态，具体为实际横摆角速度对前轮转角的增益，其增益过程由横摆角速度稳态响应增益和横摆力矩稳态响应增益及瞬态过程响应增益组成，瞬态过程响应增益的传递函数为：其中：式中：K为稳定性因素；为时间常数；为瞬态过程响应增益；联立式(5)和式(17)，推导出前馈控制器的横摆力矩的传递函数为所述反馈控制器用于修正系统特性误差和其他外界干扰因素，构成闭环系统；所述反馈控制器采用滑膜变结构控制器，在滑膜面加入积分算子，其横摆角速度跟踪误差为： e＝ωr-ωr_d，式(19) 式中：ωr为期望横摆角速度，ωr_d为实际横摆角速度；所述滑模面线性切换函数为: 式中：c0和c1为待定系数，两者保证其构成的特征方程所有特征根值在复平面左边，即处于稳定状态；采用指数趋近律：由式(4)可得：式中：β为系统特性误差，δ为其他外界干扰因素；由此设计的横摆力矩控制器对其进行补偿，其附加横摆力矩Mz为： 6.根据权利要求4所述的分布式驱动电动汽车转矩矢量分配控制方法，其特征在于：所述轮胎纵向滑移率为10-30％，所述轮胎纵向滑移率函数及其导数分别为：其中，驱动过程中，纯滚动时λ＝0；纯打滑时λ＝1；轮胎与路面间的实际滑移率λd与特定值的轮胎滑移率λ的跟踪误差为e＝λ-λd，式(25) 定义滑模面函数及其导数分别为： s＝e+γ∫edt，式(25) 式中：γ为误差与误差积分累计的相对权重系数；α和β为待定系数；将式(25)和式(26)代入式(11)，计算出驱动转矩Td为： 7.根据权利要求6所述的分布式驱动电动汽车转矩矢量分配控制方法，其特征在于：所述滑模面函数为饱和函数模块，所述饱和函数模块为：式中：ζ为滑模面的边界层厚度；其中边界层内满足误差范围[-ζ,ζ]，即视为闭环系统处于稳定状态。 8.根据权利要求1所述的分布式驱动电动汽车转矩矢量分配控制方法，其特征在于：所述步骤c中车辆行驶所需求的电机驱动力矩的解析策略函数表示为： Tm＝f(θacc,n,η)，式(29) 式中：Tm为电机驱动力矩；n为电机转速；η为电机效率，θacc为加速踏板开度。 9.根据权利要求1所述的分布式驱动电动汽车转矩矢量分配控制方法，其特征在于：所述期望横摆角速度的上限为：式中：μ为路面附着能力系数，g为重力加速度，v为质心速度，ax为车辆加速度在x轴上的分量，ay为车辆加速度在y轴上的分量。
所属类别：	发明专利